KR20190074066A - 반도체 발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 반도체 적층체, 상기 제1 반도체 적층체의 상하에 배치된 제1 하부 분산 브래그 반사층 및 제1 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제1 발광부, 제2 반도체 적층체, 상기 제2 반도체 적층체의 상하에 배치된 제2 하부 분산 브래그 반사층 및 제2 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제2 발광부, 제3 반도체 적층체, 상기 제3 반도체 적층체의 상하에 배치된 제3 하부 분산 브래그 반사층 및 제3 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제3 발광부, 상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부 사이에 배치된 제1 접합 절연층, 및 상기 제2 발광부와 상기 제3 발광부 사이에 배치된 제2 접합 절연층을 포함한다.

Description

반도체 발광소자{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명의 기술적 사상은 반도체 발광소자에 관한 것이다.
반도체 발광소자는 긴 수명, 낮은 소비전력, 빠른 응답 속도, 환경 친화성 등의 장점을 갖는 차세대 광원으로 알려져 있으며, 조명 장치, 디스플레이 장치 등 다양한 제품에서 중요한 광원으로 주목 받고 있다.
종래의 디스플레이 장치는 주로 액정 디스플레이(LCD)로 구성된 디스플레이 패널과 백라이트로 구성되었으나, 최근에는 LED 소자를 그대로 하나의 픽셀로서 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 광 추출 효율이 개선된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 색 순도 및 색좌표 균일 성이 개선된 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있는 반도체 발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 반도체 적층체, 상기 제1 반도체 적층체의 상하에 배치된 제1 하부 분산 브래그 반사층 및 제1 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제1 발광부, 제2 반도체 적층체, 상기 제2 반도체 적층체의 상하에 배치된 제2 하부 분산 브래그 반사층 및 제2 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제2 발광부, 제3 반도체 적층체, 상기 제3 반도체 적층체의 상하에 배치된 제3 하부 분산 브래그 반사층 및 제3 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제3 발광부, 상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부 사이에 배치된 제1 접합 절연층, 및 상기 제2 발광부와 상기 제3 발광부 사이에 배치된 제2 접합 절연층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1 하부 분산 브래그 반사층, 상기 제1 하부 분산 브래그 반사층 상에 배치되고 제1 광을 방출하는 제1 반도체 적층체, 상기 제1 반도체 적층체 상에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층, 상기 제1 상부 분산 브래그 반사층 상에 배치된 제1 접합 절연층, 상기 제1 접합 절연층 상에 배치된 제2 하부 분산 브래그 반사층, 상기 제2 하부 분산 브래그 반사층 상에 배치되고, 상기 제1 광보다 파장이 짧은 제2 광을 방출하는 제2 반도체 적층체, 상기 제2 반도체 적층체 상에 배치된 제2 상부 분산 브래그 반사층, 상기 제2 상부 분산 브래그 반사층 상에 배치된 제2 접합 절연층, 상기 제2 접합 절연층 상에 배치된 제3 하부 분산 브래그 반사층, 상기 제3 하부 분산 브래그 반사층 상에 배치되고, 상기 제2 광보다 파장이 짧은 제3 광을 방출하는 제3 반도체 적층체, 및 상기 제3 반도체 적층체 상에 배치된 상기 제3 상부 분산 브래그 반사층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자는, 제1 반도체 적층체, 상기 제1 반도체 적층체의 상하에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층 및 제1 하부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제1 발광부, 제2 반도체 적층체, 상기 제2 반도체 적층체의 상하에 배치된 제2 하부 분산 브래그 반사층 및 제2 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제2 발광부, 제3 반도체 적층체, 상기 제3 반도체 적층체의 상하에 배치된 제3 하부 분산 브래그 반사층 및 제3 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제3 발광부, 상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부 사이에 배치된 제1 접합 절연층 및 상기 제2 발광부와 상기 제3 발광부 사이에 배치된 제2 접합 절연층을 포함하고, 상기 제1 반도체 적층체에서 방출되는 적색 광에 대한 상기 제1 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제1 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높고, 상기 제2 반도체 적층체에서 방출되는 녹색 광에 대한 상기 제2 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제2 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높고, 상기 제3 반도체 적층체에서 방출되는 청색 광에 대한 상기 제3 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제3 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 추출 효율이 개선되고, 색 순도 및 색좌표 균일성이 개선된 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있는 반도체 발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 도 6의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 12 내지 도 13는 도 11의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 가상 현실 장치를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자(10)는 수직 적층된 제1 발광부(L1), 제2 발광부(L2) 및 제3 발광부(L3)를 포함한다. 제1 발광부(L1)과 제2 발광부(L2) 사이에 제1 접합 절연층(12)이 배치되고, 제2 발광부(L2)과 제3 발광부(L3) 사이에 제2 접합 절연층(14)이 배치될 수 있다.
제1 발광부(L1)은 도전성 기판(101), 제1 반도체 적층체(125), 상기 제1 반도체 적층체(125)의 상하에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층(140), 제1 하부 분산 브래그 반사층(110), 제1 전극(131) 및 제2 전극(136)을 포함한다.
제1 하부 분산 브래그 반사층(110)은 도전성 기판(101)상에 형성된다. 도전성 기판(101)의 하면에는 제1 전극(131)이 배치될 수 있다. 도전성 기판(101)은 예를 들어, n형으로 도핑된 GaAs 기판일 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140) 상에 p형 반도체층(142)가 형성될 수 있다. P형 반도체층(142)의 상면에는 제2 전극(136)이 배치될 수 있다.
제1 반도체 적층체(125)는 제1 하부 분산 브래그 반사층(110) 상에 형성된다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 제1 반도체 적층체(125) 상에 형성된다. 제1 반도체 적층체(125)는 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)과 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)에 의해 제1 공진 캐비티(C1)로서 작용할 수 있다.
제1 반도체 적층체(125)는 제1 광(예를 들어, 적색 광)을 방출하는 활성층일 수 있다. 제1 반도체 적층체(125)는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 제1 반도체 적층체(125)는 AlxGayInzP계 물질로 이루어질 수 있다.
제1 반도체 적층체(125)에서 방출되는 제1 광에 대해, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)의 반사율은 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)의 반사율보다 높다. 예를 들어, 제1 반도체 적층체(125)에서 방출되는 제1 광에 대해, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)은 100% 반사율을 가지고, 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 50% 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율의 차이로 인해, 제1 반도체 적층체(125)에서 방출되는 상기 제1 광은 반도체 발광소자(10)의 상측 방향으로 추출될 수 있다.
제1 하부 분산 브래그 반사층(110)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)은 n형으로 도핑될 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 제1 반도체 적층체(125) 상에 형성될 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 적층된 구조일 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 p형으로 도핑될 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)의 반사율보다 낮은 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110) 및 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)은 AlInP 반도체층과 AlGaInP 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. AlInP 반도체층과 AlGaInP 반도체층의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 반사율이 다른 제1 하부 분산 브래그 반사층(110) 및 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)을 형성할 수 있다. 더 높은 반사율을 위해, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110)의 경우, 제1 상부 분산 브래그 반사층(140)에 비해 AlxInyP 반도체층과 AlxGayInzP 반도체층의 적층 횟수가 더 많을 수 있다.
제2 발광부(L2)은 제2 반도체 적층체(220), 제2 반도체 적층체(220)의 상하에 배치된 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)과 제2 하부 분산 브래그 반사층(210), 제3 전극(231), 투명 전극(234) 및 제4 전극(236)을 포함한다.
제2 반도체 적층체(220)는 제2 하부 분산 브래그 반사층(210) 상에 형성된다. 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 제2 반도체 적층체(220) 상에 형성된다. 제2 반도체 적층체(220)는 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)과 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)에 의해 제2 공진 캐비티(C2)로서 작용할 수 있다.
제2 반도체 적층체(220)는 제2 광(예를 들어, 녹색 광)을 방출하는 활성층(225)을 포함할 수 있다. 활성층(225)는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 제2 반도체 적층체(220)은 활성층(225)의 상하에 배치된 제1 도전형 반도체층(223) 및 제2 도전형 반도체층(227)을 포함할 수 있다. 제2 반도체 적층체(220)는 AlxGayInzN계 물질로 이루어질 수 있다.
제2 반도체 적층체(220)에서 방출되는 제2 광에 대해, 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)의 반사율은 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)의 반사율보다 높다. 예를 들어, 제2 반도체 적층체(220)에서 방출되는 제2 광에 대해, 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)은 100% 반사율을 가지고, 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 50% 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율의 차이로 인해, 제2 반도체 적층체(220)에서 방출되는 상기 제2 광은 반도체 발광소자(10)의 상측 방향으로 추출될 수 있다.
제2 발광부(L2)를 전기적으로 구동시키기 위해, 제2 도전형 반도체층(227) 및 활성층(225)의 일부가 제거되어 드러난 제1 도전형 반도체층(223)의 일 영역에 제3 전극(231)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(227)의 상면의 일 영역에 제4 전극(236)을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(227)의 상면의 나머지 영역에 투명 전극(234)를 형성한다. 투명 전극(234)를 통해 상기 제2 광이 반도체 발광소자(10)의 상측 방향으로 추출될 수 있다. 투명 전극(234)는 예를 들어, 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물을 ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 광 추출에 유리하도록 투명 전극(234)의 면적은 제4 전극(236)의 면적보다 넓을 수 있다.
제2 하부 분산 브래그 반사층(210)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)은 AlGaN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)은 AlN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 반도체층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)의 반사율이 조절될 수 있다. 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 제2 반도체 적층체(220) 상에 형성될 수 있다. 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 제3 전극(231), 투명 전극(234) 및 제4 전극(236)을 덮는다. 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 절연층들이 적층된 구조일 수 있다. 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)은 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)의 반사율보다 낮은 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 제2 상부 분산 브래그 반사층(210)은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, 중에서 선택된 2종일 수 있다. 상기 절연층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)의 반사율이 조절될 수 있다.
제3 발광부(L3)은 광투과성 기판(301), 제3 반도체 적층체(320), 제3 반도체 적층체(320)의 상하에 배치된 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)과 제3 하부 분산 브래그 반사층(340), 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)을 포함한다.
광투과성 기판(301)은 제3 상부 분산 브래그 반사층(310) 상에 배치된다. 제3 반도체 적층체(320)는 제3 하부 분산 브래그 반사층(340) 상에 형성된다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)은 제3 반도체 적층체(320) 상에 형성된다. 제3 반도체 적층체(320)는 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)과 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)에 의해 제3 공진 캐비티(C3)로서 작용할 수 있다.
제3 반도체 적층체(320)는 제3 광(예를 들어, 청색 광)을 방출하는 활성층(325)을 포함할 수 있다. 활성층(325)는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 제3 반도체 적층체(320)은 활성층(325)의 상하에 배치된 제1 도전형 반도체층(323) 및 제2 도전형 반도체층(327)을 포함할 수 있다. 제3 반도체 적층체(320)는 AlxGayInzN계 물질로 이루어질 수 있다.
제3 반도체 적층체(320)에서 방출되는 제3 광에 대해, 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)의 반사율은 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)의 반사율보다 높다. 예를 들어, 제3 반도체 적층체(320)에서 방출되는 제3 광에 대해, 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)은 100% 반사율을 가지고, 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)은 50% 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율의 차이로 인해, 제3 반도체 적층체(320)에서 방출되는 상기 제3 광은 반도체 발광소자(10)의 상측 방향으로 추출될 수 있다.
제3 발광부(L3)를 전기적으로 구동시키기 위해, 제2 도전형 반도체층(327) 및 활성층(325)의 일부가 제거되어 드러난 제1 도전형 반도체층(323)의 일 영역에 제5 전극(331)을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(327)의 상면의 일 영역에 제6 전극(336)을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(327)의 상면의 나머지 영역에 투명 전극(334)를 형성한다. 투명 전극(234)은 제1 발광부(L1) 및 제2 발광부(L2)에서 추출되는 광들이 반도체 발광소자(10)의 상측 방향으로 추출될 수 있는 창 역할을 한다. 투명 전극(234)과 마찬가지로, 투명 전극(334)는 예를 들어, 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 광 추출에 유리하도록 투명 전극(334)의 면적은 제6 전극(336)의 면적보다 넓을 수 있다.
제3 하부 분산 브래그 반사층(340)은 제5 전극(531), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)을 덮는다. 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 절연층들이 적층된 구조일 수 있다. 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)은 제3 상부 분산 브래그 반사층(210)의 반사율보다 높은 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, 중에서 선택된 2종일 수 있다. 상기 절연층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)의 반사율이 조절될 수 있다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)은 AlGaN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)은 AlN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 반도체층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)의 반사율이 조절될 수 있다.
제3 전극(231)과 제5 전극(331)이 서로 중첩되는 위치에 배치되고, 제4 전극(236)과 제6 전극(336)이 서로 중첩되는 위치에 배치되고, 투명 전극(234)과 투명 전극(334)이 서로 중첩되는 위치에 배치된다. 제3 전극(231)과 제5 전극(331)이 서로 마주보고, 제4 전극(236)과 제6 전극(336)이 서로 마주보고, 투명 전극(234)과 투명 전극(334)이 서로 마주본다. 제3 전극(231), 제4 전극(236)과 투명 전극(234)은 제5 전극(331), 제6 전극(336)과 투명 전극(334)과 제2 접합 절연층(14)을 기준으로 대칭적으로 배치된다.
제1 접합 절연층(12) 및 제2 접합 절연층(14)은 실리콘 산화물 또는 저유전율의 절연물질을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하는 제조방법은 웨이퍼 레벨에서 진행되는 것이지만, 편의상 하나의 반도체 발광소자에 대응되는 영역에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 도전성 기판(101), 제1 반도체 적층체(125), 상기 제1 반도체 적층체(125)의 상하에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층(140), 제1 하부 분산 브래그 반사층(110), 제1 전극(131) 및 제2 전극(136)을 포함하는 제1 적층체(100A)를 준비한다.
도 3을 참조하면, 성장 기판(201), 제2 반도체 적층체(220), 제2 반도체 적층체(220)의 상하에 배치된 제2 상부 분산 브래그 반사층(240)과 제2 하부 분산 브래그 반사층(210), 제3 전극(231), 투명 전극(234) 및 제4 전극(236)을 포함하는 제2 적층체(100B)를 준비한다.
도 4를 참조하면, 광투과성 기판(301), 제3 반도체 적층체(320), 제3 반도체 적층체(320)의 상하에 배치된 제3 상부 분산 브래그 반사층(310)과 제3 하부 분산 브래그 반사층(340), 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)을 포함하는 제3 적층체(100C)를 준비한다.
도 5를 참조하면, 제3 적층체(100C)와 제2 적층체(100B)를 산화물 접합 공정에 의해 접합한 후, 제2 적층체(100B)의 성장 기판(201)을 레이저 리프트 오프(LLO) 등의 방법으로 제거한다. 산화물 접합 공정에 의해 제3 하부 분산 브래그 반사층(340)과 제2 상부 분산 브래그 반사층(240) 사이에 제2 접합 절연층(14)이 형성될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 적층체(100A)를 도 5의 구조물에 산화물 접합 공정에 의해 접합할 수 있다. 산화물 접합 공정에 의해 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)과 반도체층(142) 사이에 제1 접합 절연층(12)이 형성될 수 있다. 다음으로, 개별 반도체 발광소자들로 절단하는 공정을 수행하여 반도체 발광소자(10)을 제조할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 반도체 발광소자(20)은 도 1의 반도체 발광소자(10)과 비교하여 제1 발광부(L1)과 제2 발광부(L2)의 구조는 동일하다. 그러나, 반도체 발광소자(20)은 도 1의 반도체 발광소자(10)과 달리, 제3 발광부(L3)는 광투과성 기판(301)을 포함하지 않는다. 그리고, 제3 전극(231)과 제5 전극(331)이 서로 마주보지 않고, 제4 전극(234)과 제6 전극(334)이 서로 마주보지 않고, 투명 전극(234)과 투명 전극(334)이 서로 마주보지 않는다. 제3 전극(231), 제4 전극(234)과 투명 전극(234)은 제5 전극(331), 제6 전극(336)과 투명 전극(334)이 제2 접합 절연층(14)을 기준으로 대칭적으로 배치되지 않는다. 다만, 제3 전극(231)과 제5 전극(331)이 서로 중첩되는 위치에 배치되고, 제4 전극(236)과 제6 전극(336)이 서로 중첩되는 위치에 배치되고, 투명 전극(234)과 투명 전극(334)이 서로 중첩되는 위치에 배치된다.
제3 하부 분산 브래그 반사층(310')은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제3 하부 분산 브래그 반사층(310')은 AlGaN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 제3 하부 분산 브래그 반사층(310)은 AlN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 반도체층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제3 하부 분산 브래그 반사층(310')의 반사율이 조절될 수 있다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(340')은 제3 반도체 적층체(320) 상에 형성될 수 있다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(340')은 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)을 덮는다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(340')은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 절연층들이 적층된 구조일 수 있다. 제3 상부 분산 브래그 반사층(340')은 제3 하부 분산 브래그 반사층(310')의 반사율보다 낮은 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 제3 상부 분산 브래그 반사층(310')은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, 중에서 선택된 2종일 수 있다. 상기 절연층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제3 하부 분산 브래그 반사층(310')의 반사율이 조절될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 도 6의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 광투과성 기판(301), 제3 반도체 적층체(320), 제3 반도체 적층체(320)의 상하에 배치된 제3 상부 분산 브래그 반사층(340')과 제3 하부 분산 브래그 반사층(310'), 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)을 포함하는 제3 적층체(100C')를 준비한다. 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)의 위치가 도 4의 제3 적층체(100C)와 다르다. 이는 도 9에서와 같이 적층되었을 때, 제5 전극(331), 투명 전극(334) 및 제6 전극(336)가 제3 전극(231), 투명 전극(234) 및 제4 전극(236)과 중첩되도록 하기 위함이다. 제1 적층체(100A)와 제2 적층체(100B)는 도 2 및 도 3에 도시된 것과 동일하다.
도 8을 참조하면, 임시 기판(360)을 제3 적층체(100C')에 접착층(355)을 이용하여 부착한 후, 성장용 기판으로 이용된 광투광성 기판(301)을 제거한다.
도 9를 참조하면, 광투광설 기판(301)이 제거된 제3 적층체(100C')와 제2 적층체(100B)를 산화물 접합 공정에 의해 접합한 후, 제2 적층체(100B)의 성장 기판(201)을 레이저 리프트 오프(LLO) 등의 방법으로 제거한다. 산화물 접합 공정에 의해 제3 하부 분산 브래그 반사층(310')과 제2 상부 분산 브래그 반사층(240) 사이에 제2 접합 절연층(14)이 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 적층체(100A)를 도 9의 구조물에 산화물 접합 공정에 의해 접합할 수 있다. 상기 산화물 접합 공정에 의해 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)과 반도체층(142) 사이에 제1 접합 절연층(12)이 형성될 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 임시 기판(360)을 제거하고, 개별 반도체 발광소자들로 절단하는 공정을 수행하여 반도체 발광소자(20)을 제조할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 반도체 발광소자(30)은 도 1의 반도체 발광소자(10)과 비교하여 제2 발광부(L2)의 구조는 서로 동일하다. 그러나, 반도체 발광소자(30)은 도 1의 반도체 발광소자(10)과 달리, 제3 발광부(L3)는 광투과성 기판(301)을 포함하지 않는다. 반도체 발광소자(30)의 제3 발광부(L3)는 반도체 발광소자(20)의 제3 발광부(L3)와 동일하다. 그러나 반도체 발광소자(30)의 제1 발광부(L1)는 도 1의 반도체 발광소자(10)과 달리, 성장용 기판(101'), 제1 반도체 적층체(120'), 제1 반도체 적층체(120')의 상하에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')과 제1 하부 분산 브래그 반사층(110'), 제1 전극(131'), 투명 전극(134') 및 제2 전극(136')을 포함한다.
제1 반도체 적층체(120')는 제1 하부 분산 브래그 반사층(110') 상에 형성된다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 제1 반도체 적층체(120') 상에 형성된다. 제1 반도체 적층체(120')는 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')과 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')에 의해 제1 공진 캐비티(C1)로서 작용할 수 있다.
제1 반도체 적층체(120')는 제1 광(예를 들어, 적색 광)을 방출하는 활성층(125')을 포함할 수 있다. 활성층(125')는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 제1 반도체 적층체(120')은 활성층(125')의 상하에 배치된 제1 도전형 반도체층(123') 및 제2 도전형 반도체층(127')을 포함할 수 있다. 제1 반도체 적층체(120')는 AlxGayInzN계 물질로 이루어질 수 있다.
제1 반도체 적층체(120')에서 방출되는 제1 광에 대해, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')의 반사율은 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')의 반사율보다 높다. 예를 들어, 제1 반도체 적층체(120')에서 방출되는 제1 광에 대해, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')은 100% 반사율을 가지고, 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 50% 반사율을 가질 수 있다. 이러한 반사율의 차이로 인해, 제1 반도체 적층체(120')에서 방출되는 상기 제1 광은 반도체 발광소자(30)의 상측 방향으로 추출될 수 있다.
제1 발광부(L1)를 전기적으로 구동시키기 위해, 제1 도전형 반도체층(127') 및 활성층(125')의 일부가 제거되어 드러난 제1 도전형 반도체층(123')의 일 영역에 제1 전극(131')을 형성하고, 제2 도전형 반도체층(127')의 상면의 일 영역에 제2 전극(136')을 형성한다. 제2 도전형 반도체층(127')의 상면의 나머지 영역에 투명 전극(134')을 형성한다. 투명 전극(134')를 통해 상기 제1 광이 반도체 발광소자(30)의 상측 방향으로 추출될 수 있다. 투명 전극(134')는 예를 들어, 투명 전도성 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물을 ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 광 추출에 유리하도록 투명 전극(134')의 면적은 제2 전극(136')의 면적보다 넓을 수 있다.
제1 하부 분산 브래그 반사층(110')은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 예를 들어, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')은 AlGaN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')은 AlN 반도체층과 GaN 반도체층이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 상기 반도체층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')의 반사율이 조절될 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 제1 반도체 적층체(120') 상에 형성될 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 제1 전극(131'), 투명 전극(134') 및 제2 전극(136')을 덮는다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 절연층들이 적층된 구조일 수 있다. 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')은 제1 하부 분산 브래그 반사층(110')의 반사율보다 낮은 반사율을 갖도록 설계된다. 예를 들어, 제1 상부 분산 브래그 반사층(110')은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, 중에서 선택된 2종일 수 있다. 상기 절연층들의 두께 및 적층 횟수를 적절히 선택함으로써, 제2 하부 분산 브래그 반사층(110')의 반사율이 조절될 수 있다.
도 12 내지 도 13은 도 11의 반도체 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 12를 참조하면, 성장용 기판(101'), 제1 반도체 적층체(120'), 제1 반도체 적층체(120')의 상하에 배치된 제1 상부 분산 브래그 반사층(140')과 제1 하부 분산 브래그 반사층(110'), 제1 전극(131'), 투명 전극(134') 및 제2 전극(136')을 포함하는 제1 적층체(100A')을 준비한다. 제2 적층체는 도 3과 동일한 구조이고, 제3 적층체는 도 7과 동일한 구조이다.
도 13을 참조하면, 도 8 및 도 9의 공정을 진행한 후, 제1 적층체(100A')를 도 9의 구조물에 산화물 접합 공정에 의해 접합할 수 있다. 상기 산화물 접합 공정에 의해 제2 하부 분산 브래그 반사층(210)과 제1 상부 분산 브래그 반사층(140') 사이에 제1 접합 절연층(12)이 형성될 수 있다.
도 11을 다시 참조하면, 임시 기판(360)을 제거하고, 개별 반도체 발광소자들로 절단하는 공정을 수행하여 반도체 발광소자(20)을 제조할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 14를 참조하면, 디스플레이 패널(500)은 회로 기판(530)과, 회로 기판(530) 상에 배열된 발광소자 모듈(520)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 발광소자 모듈(520)은 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 청색(Blue, B)의 광을 선택적으로 발광할 수 있는 복수의 발광소자(510)를 포함한다. 복수의 발광소자(510)는 디스플레이 패널(500)의 픽셀(pixel)들을 구성할 수 있으며, 회로 기판(530) 상에 행과 열을 이루어 배열될 수 있다. 본 실시예에서는, 15×15의 발광소자(510)들이 배열된 형태를 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실제로는 필요한 해상도에 따른 더 많은 수의 발광소자들(예, 1024×768, 1920×1080)이 배열될 수 있다. 발광소자(510)은 상술한 반도체 발광소자(10, 20, 30)를 포함할 수 있다. 상술한 반도체 발광소자(10, 20, 30)은 3개의 R, G, B 서브 픽셀들이 적층된 구조이므로, 디스플레이 패널(500)은 고해상도를 가질 수 있다.
회로 기판(530)은 발광소자 모듈(520)의 각각의 반도체 발광소자(510)에 전원을 공급하도록 구성된 구동부 및 반도체 발광소자(510)를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
필요에 따라, 발광소자 모듈(520)은 회로 기판(530) 상에 배치되어 반도체 발광소자(510)이 탑재되는 영역을 정의하는 블랙 매트릭스(black matrix)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스는 블랙(black) 색상에 한정되는 것은 아니며 제품의 용도 및 사용처 등에 따라 백색(white) 매트릭스 또는 녹색(green) 등 다른 색깔로 변경될 수 있으며, 필요에 따라서는 투명 재질의 매트릭스를 사용할 수도 있다. 상기 백색 매트릭스는 반사 물질 또는 산란물질을 더 포함할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 가상 현실 장치를 나타낸 사시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가상 현실 장치(1000)는 사용자가 머리에 장착하고 이용하는 헤드 마운트 디스플레이(Head Mount Display, HMD) 장치일 수 있다. 가상 현실 장치(1000)는 사용자에게 영상을 출력하기 위한 디스플레이 패널(1180)를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(1180)은 가상 현실 장치(1000)에 마련된 수납 공간 내에 장착될 수 있다.
가상 현실 장치(1000)는, 고정부(1110), 프레임(1120), 조작부(1130, 1140), 제어부(1160), 및 광학부(1170) 등을 포함할 수 있다. 고정부(1110)는 가상 현실 장치(1000)를 사용자의 머리에 장착하기 위해 제공되며, 스트랩과 같이 탄성 소재로 제작된 밴드, 안경 다리 또는 헬멧 등과 같은 고정 부재를 포함할 수 있다. 사용자는 고정부(1110)에 머리를 끼움으로써 가상 현실 장치(1000)를 고정시킬 수 있으며, 프레임(1120)의 일부 영역이 사용자의 눈 주변 영역과 밀착될 수 있다. 사용자의 피로도를 줄이기 위해, 프레임(1120)은 사용자의 눈 주변 영역과 밀착되는 영역에서 탄성 소재를 포함할 수 있다.
프레임(1120)은 디스플레이 패널(1180)과 사용자의 눈 사이에 배치되는 광학부(1170)를 포함할 수 있으며, 광학부(1170)는 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(1180)은 광학부(1170)의 전면에 마련되며, 디스플레이 패널(1180)의 후면에는 제어부(1160)가 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(1180)의 픽셀들은 상술한 반도체 발광소자(10, 20, 30)를 포함할 수 있다. 상술한 반도체 발광소자(10, 20, 30)은 3개의 R, G, B 서브 픽셀들이 적층된 구조이므로, 디스플레이 패널(1180)은 고해상도를 가질 수 있다. 그리고, 상술한 반도체 발광소자(10, 20, 30)은 수직 공진 구조에 의해 수직방향으로 광들이 추출되므로, 광학부(1170)와의 커플링(coupling) 특성이 향상될 수 있다.
조작부(1130, 1140)는 터치 패널 또는 기계식 휠 등을 포함할 수 있다. 사용자는 조작부(1130, 1140)를 통해 디스플레이 패널(1180)의 영상 재생, 일시 정지, 영상 시점 이동, 볼륨 조절 등의 조작을 실행할 수 있다. 휠(1140)은 터치 패널(1130)과 다른 기능을 입력하기 위해 구비될 수 있으며, 예를 들어 광학부(1170)의 초점을 조절하기 위한 목적으로 구비될 수 있다. 가상 현실 장치(1000)는 터치 패널(1130)과 휠(1140) 외에 다른 다양한 조작 장치를 더 포함할 수도 있다.
가상 현실 장치(1000)는 데스크톱 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터 등과 같은 외부 호스트(HOST)와 유선 또는 무선으로 연결되어 가상 현실을 위한 데이터 등을 제공받을 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101: 도전성 기판, 110: 제1 하부 분산 브래그 반사층, 125: 제1 반도체 적층체, 140: 제1 상부 분산 브래그 반사층, 210: 제2 하부 분산 브래그 반사층, 220: 제2 반도체 적층체, 240: 제2 상부 분산 브래그 반사층, 340: 제3 하부 분산 브래그 반사층, 320: 제3 반도체 적층체, 310: 제3 상부 분산 브래그 반사층, 301: 광투과성 기판, 12: 제1 접합 절연층, 14: 제2 접합 절연층

Claims (10)

  1. 제1 반도체 적층체, 상기 제1 반도체 적층체의 상하에 배치된 제1 하부 분산 브래그 반사층 및 제1 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제1 발광부;
    제2 반도체 적층체, 상기 제2 반도체 적층체의 상하에 배치된 제2 하부 분산 브래그 반사층 및 제2 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제2 발광부;
    제3 반도체 적층체, 상기 제3 반도체 적층체의 상하에 배치된 제3 하부 분산 브래그 반사층 및 제3 상부 분산 브래그 반사층을 포함하는 제3 발광부;
    상기 제1 발광부와 상기 제2 발광부 사이에 배치된 제1 접합 절연층; 및
    상기 제2 발광부와 상기 제3 발광부 사이에 배치된 제2 접합 절연층;
    을 포함하는 반도체 발광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광부는 상기 제2 발광부 아래에 배치되고 상기 제3 발광부는 상기 제2 발광부 위에 배치되고,
    상기 제1 반도체 적층체는 적색 광을 방출하고, 상기 제2 반도체 적층체는 녹색 광을 방출하고, 상기 제3 반도체 적층체는 청색 광을 방출하는 반도체 발광소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 반도체 적층체에서 방출되는 적색 광에 대한 상기 제1 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제1 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높고,
    상기 제2 반도체 적층체에서 방출되는 녹색 광에 대한 상기 제2 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제2 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높고,
    상기 제3 반도체 적층체에서 방출되는 청색 광에 대한 상기 제3 하부 분산 브래그 반사층의 반사율은 상기 제3 상부 분산 브래그 반사층의 반사율보다 높은 반도체 발광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하부 분산 브래그 반사층, 상기 제1 상부 분산 브래그 반사층, 상기 제2 하부 분산 브래그 분산층, 및 상기 제3 하부 분산 브래그 분산층은 각각 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 반도체층들이 적층된 구조이고,
    상기 제2 상부 분산 브래그 분산층 및 상기 제3 하부 분산 브래그 분산층은 각각 서로 다른 굴절율을 가지는 2종의 절연층들이 적층된 구조인 반도체 발광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발광부는,
    상기 제1 하부 분산 브래그 반사층 아래에 배치된 도전성 기판;
    상기 도전성 기판의 하면에 배치된 제1 전극; 및
    상기 제1 상부 분산 브래그 반사층 상에 배치된 제2 전극;을 더 포함하는 반도체 발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 반도체 적층체는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 제2 발광부는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제3 전극, 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 일 영역에 배치된 제4 전극, 및 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 나머지 영역에 배치된 제1 투명 전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 반도체 적층체는 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고,
    상기 제3 발광부는 상기 제2 도전형 반도체층 및 상기 활성층을 관통하여 상기 제1 도전형 반도체층에 연결된 제5 전극, 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 일 영역에 배치된 제6 전극, 및 상기 제2 도전형 반도체층의 상면의 나머지 영역에 배치된 제2 투명 전극을 포함하는 반도체 발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 전극, 상기 제4 전극 및 상기 제6 전극이 서로 중첩되고, 상기 제1 투명 전극과 상기 제2 투명 전극이 서로 중첩되고, 상기 제3 전극과 상기 제5 전극이 서로 중첩되는 반도체 발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 전극과 상기 제5 전극이 서로 마주보고, 상기 제4 전극과 상기 제6 전극이 서로 마주보고, 상기 제1 투명 전극과 상기 제2 투명 전극이 서로 마주보는 반도체 발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 발광부 상에 배치된 광투과성 기판을 더 포함하는 반도체 발광소자.
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